(57)【要約】【課題】複雑な光学系を用いずに、正確な可視光観察を可能にする、赤外顕微鏡のための照明光照射機構を提供する。【解決手段】赤外顕微鏡に使用される従来のカセグレン鏡の代わりに、カセグレン鏡を構成する凸面鏡４の背部に放物面鏡６を設置し、この放物面鏡６に光ファイバー７を介して照明光源１０の光を照射し、放物面鏡６の反射光で試料８表面を照明する。放物面鏡６の焦点の位置に光ファイバー７の先端を位置させることにより、照明光を平行光束とすることが出来る。また、光ファイバー７内で反射が繰り返されるため、均一な照射光が得られる。顕微鏡内に照明光源１０を備える従来の方法に比べて、単純な光学系で、明るい均一な照明が得られ、正確な試料観察ができる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定用光源と、該測定用光源の光束導入用の開孔を有する凹面鏡と、前記凹面鏡より小径の凸面鏡を互いに対向配設し、前記開孔を通じて前記凹面鏡の背部より入射した光束を前記凸面鏡によって拡散反射させ、さらにこの拡散光を前記凹面鏡によって再反射させ、前記凸面鏡の背部の一点に集光させるように構成された集光鏡を持つ赤外顕微鏡において、前記凸面鏡の背面にこれと背向して取り付けられた放物面鏡と、この放物面鏡の反射面に外部光源の光を導入する光ファイバーを設け、この外部光源の光を前記放物面鏡で反射させ、この反射光によって前記凸面鏡の背部方向を照明するように可視照明系を構成したことを特徴とする赤外顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物質の定性・定量分析に使用される赤外分光光度計と組み合わされて、微小試料の顕微分光分析を行う赤外顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外顕微鏡は赤外線波長領域で顕微分光を行う装置で、微小試料に適するように、赤外光束をごく小さな面積に集光させるように設計されている。近年、フーリエ変換赤外分光光度計と組み合わせて、フーリエ変換赤外分光法の特長である高感度を利用する赤外顕微鏡が開発されており、このシステムの空間分解能は約１０μｍである。その原理の一例は、フーリエ変換赤外分光光度計の干渉計からの赤外光が、反射鏡を介して赤外顕微鏡に導かれ、凹面鏡を用いて試料上の直径約１ｍｍの円内に集光される。照射された試料面を透過あるいは反射した赤外光束のうち、微小な測定対象部分からの光束のみが、試料部あるいは結像部に置かれた絞り（可変アパーチャ）で選択され、最終的に半導体検出器（ＭＣＴ）に導かれる。半導体検出器（ＭＣＴ）の出力はフーリエ変換され、赤外スペクトルが得られるものである。（特許文献１参照）
【０００３】
図３に、従来のフーリエ変換赤外分光光度計と組み合わされ使用される赤外顕微鏡の例を示す。この赤外顕微鏡は透過法、反射法いずれのモードでも使用できるものであり、二つのモードは、フーリエ変換赤外分光光度計３９からの赤外光を切り替える透過／反射切替ミラー４０で選択される。透過法の場合は、赤外光は、透過／反射切替ミラー４０で下方に送られ、ミラー２１、２２、２３、２４で反射された後、第２カセグレン鏡３６によって試料８に集光される。試料８を透過した赤外光は、第１カセグレン鏡２０によって集められ、ミラー２５を透過した後、可変アパーチャ１８によって絞られ、ミラー２８を透過し、ミラー２９、３０、３１で反射されて、ＭＣＴ検出器１６に入射する。
【０００４】
反射法では、透過／反射切替ミラー４０がミラー切替駆動部４１によって１８０°回転される。これによって赤外光は上方に送られ、ミラー２７、２６、２５で反射された後、第１カセグレン鏡２０によって試料８上に集光される。試料８によって拡散反射した赤外光は、第１カセグレン鏡２０によって集められ、ミラー２５を透過した後、可変アパーチャ１８によって絞られ、ミラー２８を透過し、ミラー２９、３０、３１で反射されて、ＭＣＴ検出器１６に入射する。
【０００５】
赤外顕微鏡には反射照明用ランプ１５が備えられており、測定を開始する前に点灯される。反射照明用ランプ１５から発せられる可視光をミラー３２、２８で反射させて、第１カセグレン鏡２０で集光して、試料８を照射する。試料８で反射した可視光は、第１カセグレン鏡２０で集光され、ミラー２５を透過し、ミラー２８で反射され、ミラー３２を透過し、プリズム３３で反射されて顕微鏡の接眼レンズ１７に入る。接眼レンズ１７を通して肉眼で試料８を観察しながら、焦点調整ダイアル３８によって、試料ステージ９を上下して、試料８の表面を可視光の焦点面（画像がシャープに見える位置）に位置させる。この操作によって、赤外光の焦点面が試料８の表面に位置することが保証される。また、反射照明用ランプ１５からの可視光を観察して、可変アパーチャ１８のアパーチャ・サイズやアパーチャの位置を調節することができる。
【０００６】
一方、透過照明用ランプ３７が備えられており、試料８の可視像を目で観察したり、写真撮影やテレビカメラで観察する場合に使用される。この場合には、透過観察用ランプ３７からの可視光はミラー２３、２４で反射され、第２カセグレン鏡３６で試料８に下部より照射される。試料８を透過した可視光は、第１カセグレン鏡２０で集められ、ミラー２５を透過し、ミラー２８で反射され、ミラー３２を透過し、プリズム３３で反射されて接眼レンズ１７から肉眼による観測が行われる。また、撮像装置取付口１４に写真カメラ、あるいはテレビカメラを取り付けて、写真撮影、あるいは、テレビモニタによる観察が行われる。また、可視像の観察において、しばしば第１カセグレン鏡２０の代わりに可視対物レンズ１９を顕微鏡の光軸に挿入して、肉眼による観察、あるいは撮影、撮像が行われる。
【０００７】
この装置に用いられているカセグレン鏡２０、３６と同様のものは赤外顕微鏡に一般的に用いられており、その構造は、その中央に開孔をもった１個の凹面鏡と、それより小さい１個の凸面鏡を、互いに対向するように配設したもので、凹面鏡の後方の光源から開孔を通って入射する光を、凸面鏡の後方に結像させる、あるいは逆に、凸面鏡の後方の光源からの光を、凹面鏡で集光して凸面鏡に送り、凸面鏡で反射した光を、開孔を通しその後方に結像させる。この場合、凹面鏡および凸面鏡の反射面の形状を、目的に応じて最適のもの（放物面、楕円面、双曲面など）に選択することにより、大口径でありながら非点収差の極めて少ない結像系が得られる。また、赤外領域の広い波長範囲にわたって透過率の高いレンズを製作できる光学材料が少ないため、反射のみの結像系であるカセグレン鏡が赤外顕微鏡で広く使用される。
【特許文献１】特開２００１−１７４７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、これら従来技術に使用されている、可視光による観察用光学系にはいくつかの問題がある。
赤外顕微鏡に限らず顕微鏡一般に、試料を照明して観察を容易にするために、照明用の光源と、そのための光学系が設けられており、試料の照明方法が正確な観察を行うための重要な要素であることはよく知られている。試料に当たる照明光は、できる限り強度分布が均一であることと、できる限り平行な光束で、できる限り垂直に試料面を照射することが求められる。一般の光学顕微鏡では、照明光源の光をレンズで平行光束として試料に照射し、光源の像が試料の結像位置の近傍には結像しないと言う特長のある、「ケーラー照明」と呼ばれる光学系が最も広く利用されている。
【０００９】
赤外顕微鏡では、図３に示すように反射照明用ランプ１５と透過照明用ランプ３７が設けられており、可視光による試料８の観察に利用される。しかし、反射照明の場合も透過照明の場合も可視光は、最後に第１カセグレン鏡２０によって集束光とされて試料８に照射されるため、可視光を平行光束として試料８に当てることは困難であり、理想的な照明方法とはなりにくい欠点がある。
【００１０】
一方、照明光源を赤外顕微鏡内に備え、その光を顕微鏡内部の光学系を通して試料８に照射するために、顕微鏡内部の光学系が複雑になり、光学素子の数が多く、調整作業が煩雑になる欠点がある。また、可視光と赤外光を同一の顕微鏡内で使用するためには、図３の透過照明用ランプ３７の後のミラー２３や、反射照明用ランプ１５の後のミラー３２のような、光を一部反射し一部透過させる半透鏡を使用する必要がある。この結果赤外光の光量を半透鏡で一部損失することになり、測光精度（Ｓ／Ｎ比）を低下させる問題点がある。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、最適の試料照明を実現する赤外顕微鏡を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために本発明は、測定用光源と、該測定用光源の光束導入用の開孔を有する凹面鏡と、前記凹面鏡より小径の凸面鏡を互いに対向配設し、前記開孔を通じて前記凹面鏡の背部より入射した光束を前記凸面鏡によって拡散反射させ、さらにこの拡散光を前記凹面鏡によって再反射させ、前記凸面鏡の背部の一点に集光させるように構成された集光鏡を持つ赤外顕微鏡に、前記凸面鏡の背面にこれと背向して放物面鏡を取り付け、この放物面鏡の反射面に外部光源の光を導入する光ファイバーを設け、この外部光源の光を前記放物面鏡で反射させ、この反射光によって前記凸面鏡の背部方向を照明するように可視照明系が構成されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、照明光源からの光は、光ファイバーの内部を通る間に光ファイバー壁面での反射を繰り返す結果、端部から射出される光束は非常に均一な散乱光となるため、均一な強度分布を持った照明光が得られる。また、新たに設けられた放物面鏡によって、平行で、試料に垂直な照明光束を得ることができる。さらに、照明用光源を顕微鏡の外部に置くことにより、顕微鏡内部の光学系を単純化し、調整を容易できると同時に半透鏡の数を減らせて、光量の減少を防ぐことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１および図２に本発明の一実施例を示す。図１は、本発明のカセグレン鏡の断面と、赤外光および照明光の光路を示しており、図２は、図１のカセグレン鏡を下方から見た図である。
【００１５】
本発明のカセグレン鏡では、凹面鏡１と凸面鏡４が互いに向き合い、互いの軸が一致するように、鏡筒３、キャップ２、および凸面鏡保持台５で配置・保持されている。図２に見られるように、凸面鏡保持台５は、鏡筒３の直径を渡る細い梁の形をしており、この上に凸面鏡４が保持されている。凸面鏡４の背部に近接して、放物面鏡６が設けられており、また、この放物面鏡６に照明光を導くための光ファイバー７が、凸面鏡保持台５の下面に沿って取り付けられ、その先端は、前記放物面鏡６の焦点に位置するように調節されている。光ファイバー７の他の端は、顕微鏡の外部に置かれた照明光源１０からの光が入射するように接続されている。光ファイバー７から射出した照明光は、図１中の実線で示した照明光光路１２のように、放物面鏡６によって反射されて平行光束となり、凸面鏡４の後部方向に向かって進行する。照明光の光束の軸が凹面鏡１および凸面鏡４の光軸と一致するように、放物面鏡６の角度が調節でき、照明光光路１２が平行光束になるように、光ファイバー７の先端の位置が調節できる構造となっている。
【００１６】
本発明が提供するカセグレン鏡は以上の構成を有しており、赤外顕微鏡に適用される場合には、図１と同一のカセグレン鏡が２個、それぞれ図３に示した第１カセグレン鏡２０と第２カセグレン鏡３６の位置に、試料８を挟んで互いに対向するように配設される。
【００１７】
反射測定が行われるときは、図３の第１カセグレン鏡２０の位置に配置された本発明のカセグレン鏡において、図１に示すように、凹面鏡１の背部から開孔部１３を通って入射する赤外光は、図中で破線によって示された赤外光光路１１のように、凸面鏡４で拡散反射され、次に凹面鏡１で下方に射出され、赤外顕微鏡の試料ステージ９の上におかれた試料８の上に集光される。試料８によって反射された赤外光は、図１中の赤外光光路１１の経路を矢印とは逆方向に進行し、凹面鏡１で集光された後、凸面鏡４によって反射されて、凹面鏡１の開孔部１３を通って上方に送り出される。その後は、図３の説明で述べた順序に従って検出・測定が行われる。
【００１８】
透過測定が行われる場合は、図３の第２カセグレン鏡３６の位置に、図１とは上下を反転した形で配置された本発明のカセグレン鏡において、赤外光は開孔部１３に入射し、凸面鏡４で拡散反射され、つぎに凹面鏡１で反射され、試料ステージ９の下部より試料８に集光される。試料８を透過した赤外光は、図３の第１カセグレン鏡２０の位置に配置された本発明のカセグレン鏡に入射し、それ以後は、上述した反射測定の場合と同様の順序で検出・測定される。
【００１９】
可視光で試料を観察する場合は、照明光源１０を点灯すれば、光ファイバー７および放物面鏡６の働きで、平行で均一な可視光束が試料上部より垂直に試料８を照明する。これによって、正確な試料面の観察が可能となる。また、試料８の可視像の写真撮影や、テレビカメラによる撮像を行う場合には、図３の第２カセグレン鏡３６の代わりに置かれた、本発明のカセグレン鏡からの照明光が用いられる。この場合も、前述の反射光の観察の場合と同様に、光ファイバー７と放物面鏡６の働きで、均一で平行な光束が、試料８を下部より垂直に照明する。試料８を透過した可視光は、図３の第１カセグレン鏡２０の位置におかれた本発明のカセグレン鏡によって集光され、その後は図３において説明したと同一の順序で、図３の接眼レンズ１７を通しての肉眼による観察や、撮像装置取付口１４に取り付けられた写真カメラや、テレビカメラによる撮影あるいは撮像が行われる。
【００２０】
図１で見られるように、カセグレン鏡では、凸面鏡４の背部にできる、凸面鏡４の背面を底面とし、凹面鏡１の焦点を頂点とする円錐形の空間は、赤外光が凸面鏡４でさえぎられるため、いわば赤外光の影となる。本発明では、この円錐形の空間に放物面鏡６とその角度調整機構を収めるように構成されている。また凸面鏡保持台５の背部も、赤外光の影になる。本発明では、この部分に光ファイバー７が配置・保持される。これによって、取り付けられた放物面鏡６と光ファイバー７が赤外光をブロックすることがないため、放物面鏡６あるいは光ファイバー７によって赤外光の光量損失を生ずるという問題は発生しない。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、物質の定性・定量分析に使用される赤外分光光度計と組み合わされて、微小試料の顕微分光分析を行う赤外顕微鏡に関する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の光ファイバーによる照明機能を持つカセグレン鏡の一実施例の構造図
【図２】図１のカセグレン鏡を下方から見た図
【図３】従来の赤外顕微鏡の構成図
【符号の説明】
【００２３】
１…凹面鏡
３…鏡筒
４…凸面鏡
５…凸面鏡保持台
６…放物面鏡
７…光ファイバー
８…試料
１０…照明光源
１１…赤外光光路
１２…照明光光路
１３…開孔部
１４…撮像装置取付口
１５…反射照明用ランプ
２０…第１カセグレン鏡
３６…第２カセグレン鏡
３７…透過照明用ランプ
３９…フーリエ変換赤外分光光度計
【図１】
2006047780.tif 000003
【図２】
2006047780.tif 000004
【図３】
2006047780.tif 000005